Solidi di idratazione

Natura (2023) Cita questo articolo

251 accessi

68 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

La materia biologica igroscopica nelle piante, nei funghi e nei batteri costituisce una grande frazione della biomassa terrestre1. Sebbene metabolicamente inerti, questi materiali sensibili all’acqua scambiano acqua con l’ambiente e attivano il movimento2,3,4,5 e hanno ispirato usi tecnologici6,7. Nonostante la varietà nella composizione chimica, i materiali biologici igroscopici in più regni della vita mostrano comportamenti meccanici simili, inclusi cambiamenti di dimensioni e rigidità con l’umidità relativa8,9,10,11,12,13. Qui riportiamo le misurazioni al microscopio a forza atomica sulle spore igroscopiche14,15 di un comune batterio del suolo e sviluppiamo una teoria che cattura l'equilibrio osservato, il non equilibrio e i comportamenti meccanici reattivi all'acqua, scoprendo che questi sono controllati dalla forza di idratazione16,17, 18. La nostra teoria basata sulla forza di idratazione spiega un estremo rallentamento del trasporto dell’acqua e prevede con successo una forte elasticità non lineare e una transizione nelle proprietà meccaniche che differisce dai comportamenti vetrosi e poroelastici. Questi risultati indicano che l'acqua non solo conferisce fluidità alla materia biologica ma può anche, attraverso la forza di idratazione, controllare le proprietà macroscopiche e dare origine a un "solido di idratazione" con proprietà insolite. Una grande frazione della materia biologica potrebbe appartenere a questa distinta classe di materia solida.

Questa è un'anteprima dei contenuti dell'abbonamento, accessibile tramite il tuo istituto

Accedi a Nature e ad altre 54 riviste Nature Portfolio

Ottieni Nature+, il nostro abbonamento con accesso online dal miglior rapporto qualità-prezzo

$ 29,99 / 30 giorni

annullare in qualsiasi momento

Iscriviti a questo diario

Ricevi 51 numeri cartacei e accesso online

$ 199,00 all'anno

solo $ 3,90 per numero

Noleggia o acquista questo articolo

Ottieni solo questo articolo per tutto il tempo che ti serve

$ 39,95

I prezzi possono essere soggetti a tasse locali calcolate durante il checkout

Dati di origine per le Figg. 1a,d–f, 3a,b, 4a–i e 5b,c e dati estesi Figg. 2, 4 e 5 sono allegati al documento. I dati grezzi per le deflessioni del cantilever (Fig. 1c-f), l'altezza delle spore (Fig. 1a e 3a,b), le curve forza-distanza (Fig. 4b-f) e le misurazioni della rigidità dinamica (Fig. 5c) sono disponibili in figshare (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22189823)58.

I codici MATLAB utilizzati per l'elaborazione dei dati, l'adattamento delle curve e il tracciamento sono disponibili in figshare (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.22189823)58.

Bar-On, YM, Phillips, R. & Milo, R. La distribuzione della biomassa sulla Terra. Proc. Natl Acad. Sci. Stati Uniti 115, 6506–6511 (2018).

Articolo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dawson, C., Vincent, JFV & Rocca, A.-M. Come si aprono le pigne. Natura 390, 668–668 (1997).

Articolo ADS CAS Google Scholar

Elbaum, R., Zaltzman, L., Burgert, I. & Fratzl, P. Il ruolo delle tende di grano nell'unità di dispersione dei semi. Scienza 316, 884–886 (2007).

Articolo ADS CAS PubMed Google Scholar

Fratzl, P. & Barth, FG Sistemi di biomateriali per meccanosensing e attuazione. Natura 462, 442–448 (2009).

Articolo ADS CAS PubMed Google Scholar

Dumais, J. & Forterre, Y. "Dinamiche vegetali": il ruolo dell'acqua nei movimenti delle piante. Anna. Rev. Meccanismo fluido. 44, 453–478 (2012).

Articolo ADS MathSciNet MATH Google Scholar

Burgert, I. & Fratzl, P. Sistemi di attuazione nelle piante come prototipi per dispositivi bioispirati. Fil. Trans. R.Soc. A 367, 1541–1557 (2009).

Articolo ADS CAS PubMed Google Scholar

Chen, X. et al. Aumentare la conversione su scala nanometrica dell’energia azionata dall’acqua in motori e generatori azionati dall’evaporazione. Naz. Comune. 6, 7346 (2015).